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JP4484536B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明は、溶接により金属パッケージに内蔵される半導体装置の製造方法に係り、パッケージ内部空間が高真空である半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device incorporated in a metal package by welding, and relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which the internal space of the package is high vacuum.

図5を参照して、従来型の半導体装置装置100に関して説明する。図5は、半導体装置の断面図である。   With reference to FIG. 5, a conventional semiconductor device device 100 will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device.

図5(A)のごとく、従来型の半導体装置100では、支持基板51は金属から成り、その表面には半導体素子52が載置される。   As shown in FIG. 5A, in the conventional semiconductor device 100, the support substrate 51 is made of metal, and the semiconductor element 52 is placed on the surface thereof.

半導体素子52は、所望の電気回路がその表面に形成され、支持基板51の中央部付近に配置されている。そして、金属細線56を介して、半導体素子52と外部端子57とは電気的に接続されている。   The semiconductor element 52 has a desired electric circuit formed on the surface thereof and is disposed near the center of the support substrate 51. The semiconductor element 52 and the external terminal 57 are electrically connected via the fine metal wire 56.

キャップ材53は金属から成り、半導体素子52、金属細線56を覆うように、支持基板51の表面に設けられる。   The cap material 53 is made of metal and is provided on the surface of the support substrate 51 so as to cover the semiconductor element 52 and the fine metal wires 56.

例えばこのような、パッケージの内部空間を真空にする場合、キャップ材53を真空チャンバー内で封止する方法が採用される。   For example, when the internal space of the package is evacuated, a method of sealing the cap material 53 in a vacuum chamber is employed.

そこで、図の如くストロー状の排気用パイプ58を設けることで、内部空間の真空引きを行っている(例えば特許文献1参照。)。
特開平9−126882号公報
Therefore, the internal space is evacuated by providing a straw-shaped exhaust pipe 58 as shown in the figure (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-9-126882

上記のごとく、内部空間を真空にするパッケージの場合、溶接時のアウトガスは、真空度を劣化させてしまう。特に高真空のパッケージでは、パッケージ内にゲッターと呼ばれる、パッケージ内部のガスを吸着する吸着材を配置する場合があるが、炭化水素など有機物からのアウトガスは、吸着材で吸着することができない。   As described above, in the case of a package that evacuates the internal space, outgassing during welding deteriorates the degree of vacuum. In particular, in a high-vacuum package, an adsorbent called a getter, which adsorbs gas inside the package, may be arranged in the package, but outgas from organic substances such as hydrocarbons cannot be adsorbed by the adsorbent.

また、金属パッケージの支持基板およびキャップ材は金属であるので、一般的には、溶接箇所を溶接することにより封止される。この溶接は、抵抗溶接(プロジェクション溶接、シーム溶接)や、レーザ溶接、電子ビーム溶接などが一般的である。これらの溶接時の温度は、例えば1500℃程度にもなり、金属溶融により発生する水素、窒素、炭酸ガスに加えて、パッケージ内部で使用される有機物からアウトガスが発生する。   Further, since the support substrate and the cap material of the metal package are made of metal, they are generally sealed by welding the welding locations. This welding is generally resistance welding (projection welding, seam welding), laser welding, electron beam welding, or the like. The temperature at the time of these welding becomes about 1500 ° C., for example, and outgas is generated from organic substances used in the package in addition to hydrogen, nitrogen, and carbon dioxide generated by metal melting.

特に、その溶接面積は、キャップ材の全周にわたる広い面積となるので、アウトガスの発生は大きな問題である。   In particular, since the welding area is a wide area over the entire circumference of the cap material, generation of outgas is a big problem.

さらにアウトガスが発生すると、キャップ材、支持基板の金属もこのアウトガスを吸収してしまう。このため時間の経過により金属から内部空間にアウトガスが再び放出され、これによっても真空度が劣化してしまう。   When outgas is further generated, the cap material and the metal of the support substrate also absorb this outgas. For this reason, the outgas is released again from the metal into the internal space over time, and the degree of vacuum also deteriorates.

そこで、従来技術においては、ストロー状の排気用パイプ58により全てのアウトガスを放出した後に出荷している。すなわち、キャップ材53を溶接した後、パッケージを高真空下に放置し排気用パイプ58から真空引きを行い、排気用パイプ58を塞ぐ方法を採用している。   Therefore, in the prior art, all the outgas is discharged through the straw-shaped exhaust pipe 58 before shipment. That is, after the cap material 53 is welded, a method is adopted in which the package is left under a high vacuum and evacuated from the exhaust pipe 58 to close the exhaust pipe 58.

ここで、排気用パイプ58を塞ぐ方法はキャップ材53のカシメと同時に行う抵抗溶接であるため、これを真空チャンバー内で行うのは困難であり、排気用パイプ58を塞ぐ際にも真空度を劣化させる。   Here, since the method of closing the exhaust pipe 58 is resistance welding performed simultaneously with the caulking of the cap material 53, it is difficult to perform this in the vacuum chamber, and the degree of vacuum is also reduced when closing the exhaust pipe 58. Deteriorate.

つまり、製造工程において、アウトガスや、抵抗溶接時の真空度の劣化を予め見込んで最終真空度を確保しており、具体的には10−9Torr以上の真空引きを行う必要がある。 In other words, in the manufacturing process, the final vacuum degree is ensured by taking out gas and deterioration of the vacuum degree during resistance welding in advance, and specifically, it is necessary to perform evacuation of 10 −9 Torr or more.

しかし、パッケージを高真空化に放置して、10−9Torr以上の真空引きを行うには、1週間程度もの時間を必要とするため、コストパフォーマンスが悪く量産には不向きである問題があった。 However, it takes about one week to leave the package in a high vacuum and perform evacuation at 10 -9 Torr or more, so there is a problem that cost performance is poor and unsuitable for mass production. .

本発明はかかる課題に鑑みてなされ、、第1に金属支持基板に固着した半導体素子を金属キャップ材で覆い、前記金属キャップ材全周にわたる溶接箇所を溶接する半導体装置の製造方法であって、前記金属キャップの一部に前記溶接箇所に対して微小な通気孔を設け前記溶接箇所を溶接する第1工程と、大気圧より低い圧力下で前記通気孔から溶接時に発生するガスを外部に導出する第2工程と、前記通気孔を溶接し、前記支持基板と前記金属キャップで封止された内部空間を大気圧より低い圧力とする第3工程とを具備することにより解決するものである。   The present invention was made in view of such problems, and firstly, a semiconductor element manufacturing method for covering a semiconductor element fixed to a metal support substrate with a metal cap material and welding a welded portion over the entire circumference of the metal cap material, A first step of providing a minute air hole in the metal cap with respect to the welded part and welding the welded part, and deriving gas generated during welding from the air hole under a pressure lower than atmospheric pressure And a third step of welding the vent hole and setting the internal space sealed with the support substrate and the metal cap to a pressure lower than atmospheric pressure.

また、前記通気孔は、前記金属キャップの板厚の3分の2以下の大きさに設けられることを特徴とするものである。   Further, the vent hole is provided with a size of two-thirds or less of the thickness of the metal cap.

第3に、金属支持基板に固着した半導体素子を金属キャップ材で覆い、前記金属キャップ材全周にわたる溶接箇所を溶接する半導体装置の製造方法であって、前記溶接箇所の一部に該溶接箇所に対して微小な通気孔を設け前記溶接箇所を溶接する第1工程と、大気圧より低い圧力下で前記通気孔から溶接時に発生するガスを外部に導出する第2工程と、前記通気孔を溶接し、前記支持基板と前記金属キャップで封止された内部空間を大気圧より低い圧力とする第3工程とを具備することにより解決するものである。   Third, a semiconductor device manufacturing method of covering a semiconductor element fixed to a metal support substrate with a metal cap material and welding a welded portion over the entire circumference of the metal cap material, wherein the welded portion is partially attached to the welded portion. A first step of welding the welded portion with a minute ventilation hole, a second step of deriving gas generated during welding from the ventilation hole under a pressure lower than atmospheric pressure, and the ventilation hole. This is solved by including a third step of welding and setting the internal space sealed with the support substrate and the metal cap to a pressure lower than atmospheric pressure.

また、前記通気孔は、電子ビームまたはレーザにより溶接することを特徴とするものである。   The vent hole is welded by an electron beam or a laser.

また、前記電子ビームまたはレーザの焦点半径が、前記通気孔の1.5倍から2倍となるように前記電子ビームまたはレーザを照射することを特徴とするものである。   Further, the electron beam or laser is irradiated so that a focal radius of the electron beam or laser is 1.5 to 2 times the vent hole.

また、前記電子ビームまたはレーザは、前記通気孔周囲の金属が溶融するパワー密度で照射されることを特徴とするものである。   In addition, the electron beam or laser is irradiated with a power density that melts the metal around the vent hole.

また、前記第1工程から第3工程は、大気圧より低い圧力下で連続して行うことを特徴とするものである。   In addition, the first to third steps are performed continuously under a pressure lower than the atmospheric pressure.

本発明では、以下に示すような効果を奏することができる。   In the present invention, the following effects can be obtained.

溶接封止時に、発生するパッケージ内部のアウトガスを除去できる。従来では、溶接時のアウトガスにより、内部空間は10−1Torr〜10−2Torr(大気圧と同程度)程度の真空度になっていたが、本実施形態では10−3Torr以上を維持できる。 Outgas generated inside the package can be removed during welding sealing. Conventionally, the internal space has a degree of vacuum of about 10 −1 Torr to 10 −2 Torr (similar to atmospheric pressure) due to outgassing during welding, but in this embodiment, 10 −3 Torr or more can be maintained. .

また、ストロー状の通気孔で、溶接後にアウトガスを吸引する方法では、真空チャンバー内に1週間程度も放置する必要があったが、本実施形態では1日〜2日で吸引できるので、高真空パッケージの量産化が可能となる。   Further, in the method of sucking out gas after welding with a straw-shaped vent hole, it was necessary to leave it in the vacuum chamber for about one week. However, in this embodiment, since it can be sucked in one to two days, it is possible to perform high vacuum. The package can be mass-produced.

さらに、万一製造工程中に真空度が劣化した製品についても、再度真空引きとその封止が可能となる。   Furthermore, it is possible to evacuate and seal a product whose degree of vacuum has deteriorated during the manufacturing process.

図1を参照して、本発明の半導体装置10の具体的な構造を説明する。図1(A)は半導体装置10の平面図であり、図1(B)(C)は図1(A)の斜視図である。   A specific structure of the semiconductor device 10 of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a plan view of the semiconductor device 10, and FIGS. 1B and 1C are perspective views of FIG.

図1(A)および図1(B)を参照して、本発明の半導体装置10は、半導体素子と、ケース材と、吸着材と、キャップ材と、外部端子とから構成される。   Referring to FIGS. 1A and 1B, a semiconductor device 10 of the present invention includes a semiconductor element, a case material, an adsorbent, a cap material, and an external terminal.

図1(A)および図1(B)を参照して、支持基板11は金属から成り、その表面には半導体素子16が載置される。そして、半導体素子16が載置される領域の周辺部には、外部端子18と連続するパッド13が複数個形成されている。ここでは、支持基板11は、円形の形状であるが、矩形等の他の形状を有していても良い。   Referring to FIGS. 1A and 1B, support substrate 11 is made of metal, and semiconductor element 16 is placed on the surface thereof. A plurality of pads 13 that are continuous with the external terminals 18 are formed in the periphery of the region where the semiconductor element 16 is placed. Here, the support substrate 11 has a circular shape, but may have another shape such as a rectangle.

半導体素子16は、所望の電気回路がその表面に形成され、支持基板11の中央部付近に配置されている。そして、金属細線15を介して、半導体素子16とパッド13とは電気的に接続されている。半導体素子16は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等の絶縁性で低アウトガスのダイアタッチ剤により固着される。また、半導体素子16は、固定部としての枠材により、支持基板11に機械的に固着されていてもよい。   The semiconductor element 16 has a desired electric circuit formed on the surface thereof and is disposed near the center of the support substrate 11. The semiconductor element 16 and the pad 13 are electrically connected via the fine metal wire 15. The semiconductor element 16 is fixed by an insulating low-outgas die attach agent such as silicone resin, epoxy resin, or fluorine resin. Further, the semiconductor element 16 may be mechanically fixed to the support substrate 11 by a frame material as a fixing portion.

ケース材12は、例えばコバールなどの金属からなり、半導体素子16、金属細線15、パッド13の周囲を覆うように支持基板11表面に設けられる。また、ケース材12は、側面および上面で半導体素子を覆うする本体12aと、本体12aの上面に設けられ上面と一体化した側壁12cを有する開口部12bとからなり、本体12aは円盤状の支持基板11の周辺部と結合している。更に、ケース材12の材料は金属以外の材料も採用可能であり、ガラス、セラミック、または、樹脂材等を採用することも可能である。開口部12bは、支持基板11に固着された半導体素子16の上方に位置する。なお、図ではケース材12の外側に支持基板11が露出しているが、この部分を覆うようにケース材12に鍔が設けられていてもよい。   The case material 12 is made of, for example, a metal such as Kovar, and is provided on the surface of the support substrate 11 so as to cover the periphery of the semiconductor element 16, the fine metal wire 15, and the pad 13. Further, the case material 12 includes a main body 12a that covers the semiconductor element on the side surface and the upper surface, and an opening portion 12b that is provided on the upper surface of the main body 12a and has a side wall 12c that is integrated with the upper surface. It is combined with the peripheral part of the substrate 11. Furthermore, materials other than metal can be used as the material of the case material 12, and glass, ceramic, resin material, or the like can also be used. The opening 12 b is located above the semiconductor element 16 fixed to the support substrate 11. In the figure, the support substrate 11 is exposed outside the case material 12, but the case material 12 may be provided with a ridge so as to cover this portion.

吸着材27は、ケース材12に重畳してケース材開口部12bの外周に配置される。吸着材27は内周(内径)に突出部27aを有し、その突出部27aを開口部側壁12cに当接して固定される。すなわち吸着材27は、突出部27aが自身の内周と開口部側壁12cのクリアランスに傾斜して当接することにより、ケース材12に固定される。   The adsorbent 27 is disposed on the outer periphery of the case material opening 12b so as to overlap the case material 12. The adsorbent 27 has a protruding portion 27a on the inner periphery (inner diameter), and the protruding portion 27a is fixed in contact with the opening side wall 12c. That is, the adsorbing material 27 is fixed to the case material 12 by the protruding portion 27a incliningly contacting the clearance between the inner periphery of the protruding material 27a and the opening side wall 12c.

吸着材27は、半導体素子16が密閉される空間の不純物、例えば、水素、酸素、二酸化炭素、窒素等を吸蔵する特性を有する金属(例えばジルコニウム,バナジウム,チタンなど)の焼結合金を成形したものであり、本明細書では以下ゲッターと称する。   The adsorbent 27 is formed of a sintered alloy of a metal (for example, zirconium, vanadium, titanium, etc.) having a characteristic of occluding impurities in the space in which the semiconductor element 16 is sealed, for example, hydrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, and the like. In the present specification, these are referred to as getters.

ゲッター27は、例えば、ジルコニウム、チタン、鉄、バナジウムの焼結合金(ゲッター材)を、0.1mm〜0.2mm程度の厚みでリング状に成形し、鉄、銅、アルミニウム、ニクロム鉄等の固定板の上下に固着したものである。また、固定板を用いずゲッター材そのものを、リング状に成形したものでもよいし、ゲッター材により固定板を挟む構造ではなくゲッターと固定板とを溶接等により固着した2層構造や、これらを組み合わせた多層の構造であってもよい。   The getter 27 is formed by, for example, forming a sintered alloy (getter material) of zirconium, titanium, iron, and vanadium into a ring shape with a thickness of about 0.1 mm to 0.2 mm, such as iron, copper, aluminum, or nichrome iron. It is fixed to the top and bottom of the fixed plate. Further, the getter material itself may be formed in a ring shape without using a fixed plate, or a two-layer structure in which the getter and the fixed plate are fixed by welding or the like, instead of a structure in which the fixed plate is sandwiched by the getter material, A combined multilayer structure may also be used.

ゲッター27は載置工程において、加重しながらケース材開口部12bに差し込まれ、突出部27aが曲折する。そしてこれがストッパーとなることで実質的にクリアランスがなくなり、これによりゲッター27はケース材12に固定される。   In the placement process, the getter 27 is inserted into the case material opening 12b while being weighted, and the protrusion 27a is bent. And since this becomes a stopper, there is substantially no clearance, whereby the getter 27 is fixed to the case material 12.

このように、有機溶剤を用いずに固着できるので、高真空状態を妨げるアウトガスが発生することなくゲッター27を固定できる。さらには溶接が不可能な真空チャンバー内での固定が可能となる。   Thus, since it can fix without using an organic solvent, the getter 27 can be fixed without generating the outgas which prevents a high vacuum state. Furthermore, fixing in a vacuum chamber where welding is impossible is possible.

外部端子18は、支持基板11に固着された導電体から成り、支持基板19を貫通してパッド13から連続的に外部に延在し、外部との電気的入出力を行う働きを有する。従って、外部端子18は、パッド13および金属細線15を介して、半導体素子16と電気的に接続されている。また、外部端子18と支持基板11との間隙は、内部空間への外気の侵入防止のために、充填材19により充填されている。更にまた、支持基板11が金属から成る場合は、充填材19として絶縁性を有する材料を採用することにより、支持基板11と外部端子18との電気的短絡を防止することができる。より好適には、充填材19として低融点ガラスを採用することにより、内部空間の高真空による充填材19の気化を抑止することができる。また、低融点ガラスは溶融点が低いことから、作業性に優れている。   The external terminal 18 is made of a conductor fixed to the support substrate 11, passes through the support substrate 19, extends continuously from the pad 13, and has a function of performing electrical input / output with the outside. Therefore, the external terminal 18 is electrically connected to the semiconductor element 16 via the pad 13 and the fine metal wire 15. Further, the gap between the external terminal 18 and the support substrate 11 is filled with a filler 19 in order to prevent the outside air from entering the internal space. Furthermore, when the support substrate 11 is made of a metal, an electrical short circuit between the support substrate 11 and the external terminal 18 can be prevented by adopting an insulating material as the filler 19. More preferably, by employing low melting point glass as the filler 19, vaporization of the filler 19 due to high vacuum in the internal space can be suppressed. Further, the low melting point glass is excellent in workability because of its low melting point.

キャップ材14は、例えば板厚0.2mmのコバールでありケース材12および吸着材27を覆い、支持基板11に溶接などにより固着され、半導体素子16を密閉する。キャップ材14の、半導体素子16の上方に対応する箇所は、所定の波長の光を透過するガラス材20などから成り、ガラス材20には例えばDLC(ダイアモンド・ライク・カーボン)などの反射防止膜がコーティングされている。   The cap material 14 is, for example, a Kovar having a plate thickness of 0.2 mm, covers the case material 12 and the adsorbent material 27, is fixed to the support substrate 11 by welding or the like, and seals the semiconductor element 16. The portion of the cap material 14 corresponding to the upper side of the semiconductor element 16 is made of a glass material 20 that transmits light of a predetermined wavelength, and the glass material 20 has an antireflection film such as DLC (Diamond Like Carbon). Is coated.

支持基板11およびキャップ材14により密閉される空間は、大気圧よりも圧力が低い。具体的には、この内部空間の気圧は1×10−3Torr程度の極めて低い気圧(高真空)となっている。 The space sealed by the support substrate 11 and the cap material 14 has a pressure lower than the atmospheric pressure. Specifically, the atmospheric pressure in this internal space is an extremely low atmospheric pressure (high vacuum) of about 1 × 10 −3 Torr.

図1から図4を参照して、上述した半導体装置10の製造方法を説明する。本発明の半導体装置10の製造方法は、金属支持基板に固着した半導体素子を金属キャップで覆い、金属ケース全周にわたる溶接箇所を溶接する半導体装置の製造方法であって、金属キャップの一部に溶接箇所に対して微小な通気孔を設け溶接箇所を溶接する第1工程と、大気圧より低い圧力下で通気孔から溶接時に発生するガスを外部に導出する第2工程と、通気孔を溶接し、支持基板と金属キャップで封止された内部空間を大気圧より低い圧力とする第3工程とから構成される。   A method for manufacturing the semiconductor device 10 described above will be described with reference to FIGS. A method for manufacturing a semiconductor device 10 according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element fixed to a metal support substrate is covered with a metal cap, and a welded portion covering the entire circumference of the metal case is welded. A first step of welding a welded portion by providing a minute vent hole in the welded portion, a second step of deriving gas generated during welding from the venthole under a pressure lower than atmospheric pressure, and welding the venthole And a third step of setting the internal space sealed with the support substrate and the metal cap to a pressure lower than the atmospheric pressure.

第1工程(図1(A)、(B)参照)
まず、半導体素子16を支持基板11に固着する。支持基板11に、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等の低アウトガスダイアタッチ剤により半導体素子16を固着する。また、図示は省略するが、支持基板11にスポット溶接や半田付け等で枠材を固着し、枠材により機械的に半導体素子16を固定するものであってもよい。
First step (see FIGS. 1A and 1B)
First, the semiconductor element 16 is fixed to the support substrate 11. The semiconductor element 16 is fixed to the support substrate 11 with a low outgas die attach agent such as silicone resin, epoxy resin, or fluorine resin. Although not shown, a frame material may be fixed to the support substrate 11 by spot welding or soldering, and the semiconductor element 16 may be mechanically fixed by the frame material.

半導体素子16搭載領域の外側の支持基板11には、導電材から成るパッド13が複数個形成されている。そして、各パッド13は、装置の外部に延在する外部端子18と金属細線15などにより電気的に接続される。その後、大気中または不活性ガス雰囲気中でケース材12と支持基板11との接続を行う。   A plurality of pads 13 made of a conductive material are formed on the support substrate 11 outside the semiconductor element 16 mounting region. Each pad 13 is electrically connected to an external terminal 18 extending outside the device by a metal thin wire 15 or the like. Thereafter, the case material 12 and the support substrate 11 are connected in the air or in an inert gas atmosphere.

次に、真空チャンバー内などの高真空下で、ゲッター27を載置する。ゲッター27は、ケース材の本体12a上部および開口部側壁12cとほぼ合致するリング状の形状である。   Next, the getter 27 is placed under a high vacuum such as in a vacuum chamber. The getter 27 has a ring shape that substantially matches the upper portion of the main body 12a of the case material and the opening side wall 12c.

ゲッター27は、初期状態でその表面を活性化するため、高真空下でヒーター等により予め500℃〜800℃程度で加熱される。酸素が含まれる大気中でこのようなゲッターの活性化(加熱)を行うと、ゲッターが燃焼してしまうため、10−4Torr以下の真空で実施する必要がある。 In order to activate the surface of the getter 27 in the initial state, the getter 27 is preheated at about 500 ° C. to 800 ° C. with a heater or the like under high vacuum. When such getter activation (heating) is performed in an atmosphere containing oxygen, the getter burns, and thus it is necessary to carry out in a vacuum of 10 −4 Torr or less.

ゲッター27の加熱温度はゲッター27を構成する合金の材料により異なるが、これにより、組み立て前に表面に付着した大気中の酸素などをゲッター内部に取り込むことができる。ゲッター27は、ケース材12の上部に搬送され、位置あわせを行い開口部12b外周に載置される。   Although the heating temperature of the getter 27 differs depending on the alloy material constituting the getter 27, it is possible to take in oxygen in the atmosphere attached to the surface before assembly into the getter. The getter 27 is transported to the upper part of the case material 12, aligned, and placed on the outer periphery of the opening 12b.

そして、図2のごとく、高真空状態を保持したまま、すなわち同一真空チャンバー内でキャップ材14を固着する。ここで、図2(A)はキャップ材14の外観図、図2(B)、(C)はキャップ材14を固着した半導体装置10の外観図である。   Then, as shown in FIG. 2, the cap material 14 is fixed while maintaining a high vacuum state, that is, in the same vacuum chamber. 2A is an external view of the cap material 14, and FIGS. 2B and 2C are external views of the semiconductor device 10 to which the cap material 14 is fixed.

図2(A)のごとく、キャップ材14には予め、レーザ等により直径0.1mmの程度の通気孔22を開けておく。なお、この場合の通気孔22は、後の工程で電子ビームで通気孔22周囲を溶融して塞ぐので、キャップ材14の材質および板厚により適宜選択する。具体的には、キャップ材の板厚の2分の1程度の大きさ(直径)であればよい。本実施形態では、キャップ材14は例えば板厚0.2mmのコバールであり、通気孔22の直径は0.1mm程度とする。   As shown in FIG. 2A, a vent hole 22 having a diameter of about 0.1 mm is previously formed in the cap member 14 by a laser or the like. Note that the vent hole 22 in this case is appropriately selected depending on the material and plate thickness of the cap material 14 because the periphery of the vent hole 22 is melted and closed by an electron beam in a later step. Specifically, the size (diameter) may be about one half of the plate thickness of the cap material. In the present embodiment, the cap material 14 is, for example, Kovar having a plate thickness of 0.2 mm, and the diameter of the vent hole 22 is about 0.1 mm.

そして図2(B)のごとく、同一真空チャンバー内で、通気孔22を設けたキャップ材14を支持基板11上に配置する。これにより、半導体素子16、ゲッター27、ケース材12は、キャップ材14により覆われる。   Then, as shown in FIG. 2B, the cap member 14 provided with the air holes 22 is disposed on the support substrate 11 in the same vacuum chamber. Thereby, the semiconductor element 16, the getter 27, and the case material 12 are covered with the cap material 14.

そして、キャップ材14の全周にわたって支持基板11との溶接箇所wを溶接する。この溶接は抵抗溶接(プロジェクション溶接、シーム溶接等)、レーザ溶接、電子ビーム溶接等である。   And the welding location w with the support substrate 11 is welded over the perimeter of the cap material 14. This welding is resistance welding (projection welding, seam welding, etc.), laser welding, electron beam welding, or the like.

また、図2(C)のごとく、キャップ材14に通気孔22を設けるのではなく、キャップ材14と支持基板11との溶接箇所wの一部分を溶接せずに残して通気孔22としてもよい。すなわち、キャップ材14と支持基板11との溶接箇所wを例えば0.1mm程度を残してそれを通気孔22とし、それ以外を溶接する。   In addition, as shown in FIG. 2C, the vent hole 22 is not provided in the cap material 14, but a portion of the welded portion w between the cap material 14 and the support substrate 11 may be left unwelded to form the vent hole 22. . In other words, the welded portion w between the cap material 14 and the support substrate 11 is left, for example, about 0.1 mm, which is used as the vent hole 22, and the other portions are welded.

第2工程(図3参照):その後、大気圧より低い圧力下に、溶接後のパッケージを放置する。すなわち、引き続き同一真空チャンバー内に、1日から2日程度放置する。   Second step (see FIG. 3): Thereafter, the package after welding is left under a pressure lower than atmospheric pressure. That is, it is left in the same vacuum chamber for about 1 to 2 days.

これにより、溶接によりパッケージ内部空間に発生したアウトガスが、通気孔から外部に導出される。前述の如く真空チャンバー内の圧力は10−5Torroであり、この中に1日〜2日放置することで、内部空間の圧力は、10−3Torr程度にすることができる。 Thereby, the outgas generated in the package internal space by welding is led out from the vent hole to the outside. As described above, the pressure in the vacuum chamber is 10 −5 Torr, and the pressure in the internal space can be set to about 10 −3 Torr by leaving it in this for 1 to 2 days.

第3工程(図4参照): その後、10−4Torr以上の高真空中で、すなわち同一真空チャンバー内で、通気孔22に所定のエネルギ密度の電子ビーム(又はレーザ)Lを照射して、通気孔22を溶接する。通気孔は直径0.1mm程度であるので、瞬時に溶接できアウトガスの発生はほとんどないといってよい。 Third step (see FIG. 4): Thereafter, in a high vacuum of 10 −4 Torr or more, that is, in the same vacuum chamber, the vent hole 22 is irradiated with an electron beam (or laser) L having a predetermined energy density, The ventilation hole 22 is welded. Since the vent hole has a diameter of about 0.1 mm, it can be said that it can be instantaneously welded and there is almost no outgas.

ここで、電子ビーム照射点におけるビームのエネルギ密度は、電子ビームLが電磁コイルで集束される集束点の半径に応じて出力を選択することで所望の値を得られるので、通気孔22の大きさにより、キャップ材22(および支持基板11)の金属(コバール)表面の溶融に適切な出力で照射する。例えばビームが弱すぎると金属表面を溶融することができず、逆にビームが強すぎると照射点で金属が蒸発してしまう。従って、本実施形態の場合、ビームのエネルギはコバールの融点1450℃前後に達する程度で、電子ビーム出力0.3〜0.5mAが良い。   Here, the energy density of the beam at the electron beam irradiation point can be obtained as a desired value by selecting the output according to the radius of the focusing point where the electron beam L is focused by the electromagnetic coil. Thus, the cap material 22 (and the support substrate 11) is irradiated with an output suitable for melting the metal (Kovar) surface. For example, if the beam is too weak, the metal surface cannot be melted. Conversely, if the beam is too strong, the metal evaporates at the irradiation point. Therefore, in the case of the present embodiment, the energy of the beam reaches about 1450 ° C. of the Kovar melting point, and an electron beam output of 0.3 to 0.5 mA is good.

また、電子ビームLの径は、通気孔22の径の1.5倍〜2倍程度とする。広い範囲で照射すると、周囲から溶けた金属が供給されるので、効率的に通気孔22を埋めることができる。   The diameter of the electron beam L is about 1.5 to 2 times the diameter of the vent hole 22. When irradiated over a wide range, the melted metal is supplied from the surroundings, so that the air holes 22 can be filled efficiently.

更に、電子ビームLの照射は余分なアウトガスの発生を抑制するため、短時間で終了させる必要がある。本実施形態では照射時間0.02secとした。0.02sec未満または0.02sec以上でも溶接は可能であるが、通気孔22が所定の強度を持って溶接される範囲で短時間とするとよい。溶接箇所wの一部に通気孔22を設けた場合も同様に封止できる。   Further, the irradiation with the electron beam L needs to be completed in a short time in order to suppress generation of excessive outgas. In this embodiment, the irradiation time is 0.02 sec. Welding is possible even at less than 0.02 sec or 0.02 sec or more, but it is preferable to make the time short as long as the air holes 22 are welded with a predetermined strength. When the vent hole 22 is provided in a part of the welding location w, the sealing can be performed in the same manner.

これにより、支持基板と金属キャップは完全に封止され、内部空間の高真空が維持できる。   Thereby, the support substrate and the metal cap are completely sealed, and a high vacuum in the internal space can be maintained.

ここで比較のために本実施形態と同様の製造方法で、通気孔22を設けずにキャップ材14と支持基板11とを溶接し完成後に素子感度を測定した。その結果、測定値が初期値(真空チャンバー内の真空度)の50〜60%程度まで低下しており、これを予め測定した真空度と素子感度の相関データに照し合せると内部空間の真空度は10−1Torr〜10−2Torr(大気圧と同程度)程度であることがわかった。 For comparison, the device sensitivity was measured after the cap material 14 and the support substrate 11 were welded without providing the air holes 22 by the same manufacturing method as in the present embodiment. As a result, the measured value is reduced to about 50 to 60% of the initial value (the degree of vacuum in the vacuum chamber). When this is compared with the correlation data of the degree of vacuum and device sensitivity measured in advance, the vacuum in the internal space The degree was found to be about 10 −1 Torr to 10 −2 Torr (similar to atmospheric pressure).

一方、本実施形態によれば、素子感度は、初期値の100%を確保しており、すなわち、10−3Torr以上の真空度を維持することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the device sensitivity is 100% of the initial value, that is, a vacuum degree of 10 −3 Torr or more can be maintained.

また、本実施形態によれば、完成後に真空度が劣化した製品について、再真空引きが可能となる。   Further, according to the present embodiment, re-evacuation can be performed on a product whose degree of vacuum has deteriorated after completion.

すなわち、完成後の検査で真空度の劣化が判明した製品については、再び高真空下でレーザ照射等により通気孔22を設け、その状態で、1日から2日放置し、通気孔22を塞ぐことにより、10−3Torr以上の真空度にすることができる。 That is, for products whose degree of vacuum has been found to be inspected after completion, vent holes 22 are provided again by laser irradiation or the like under high vacuum, and left in that state for one to two days to close the vent holes 22. Thus, the degree of vacuum can be 10 −3 Torr or higher.

また、真空度の劣化した製品について、ゲッターの吸着効果が完全になくなっていると長期信頼性を保証出来ない。この場合、上述のヒータ加熱型のゲッター27で外部熱源を用いて活性化をさせる方法に換えて、通電加熱型ゲッターを採用するとよい。すなわち、ゲッター27のベース材であるニクロム鉄に電極を付けて通電する。これによればパッケージ外部からの加熱作業が可能となるので、真空度劣化品の再真空引き時にゲッターも再度活性化させることが出来る。
Moreover, long-term reliability cannot be guaranteed if the getter's adsorption effect is completely lost for products with a reduced degree of vacuum. In this case, an electrification heating type getter may be employed instead of the method of activation using an external heat source in the heater heating type getter 27 described above. That is, the electrode is attached to the nichrome iron which is the base material of the getter 27 and energized. According to this, heating work from the outside of the package becomes possible, so that the getter can be activated again at the time of re-evacuation of a product having a reduced degree of vacuum.

本発明の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)、斜視図(C)である。1A and 1B are a perspective view, a cross-sectional view, and a perspective view, illustrating a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する斜視図(A)−(C)である。It is a perspective view (A)-(C) explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 従来の半導体装置の製造方法を説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体装置
11 支持基板
12 ケース材
13 パッド
14 キャップ材
15 金属細線
16 半導体素子
17 ゲッター
18 外部端子
19 充填剤
22 通気孔
27 ゲッター
51 支持基板
52 半導体素子
53 金属パッケージ
54 透過窓
55 排気用パイプ
w 溶接箇所
L 電子ビーム(レーザ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor device 11 Support substrate 12 Case material 13 Pad 14 Cap material 15 Metal fine wire 16 Semiconductor element 17 Getter 18 External terminal 19 Filler 22 Vent 27 Getter 51 Support substrate 52 Semiconductor element 53 Metal package 54 Transmission window 55 Exhaust pipe w Welding location L Electron beam (laser)

Claims (3)

金属支持基板に固着した半導体素子を金属キャップ材で覆い、前記金属キャップ材と前
記金属支持基板を溶接し、前記金属キャップ材と前記金属支持基板よりなる密閉した空間
に前記半導体素子を配置する半導体装置の製造方法であって、
前記溶接箇所の一部に通気孔を設けた状態で前記溶接箇所を溶接し、
大気圧より低い圧力下で前記通気孔から溶接時に発生するガスを外部に導出し、
前記通気孔および前記通気孔の周囲に対応する前記金属キャップ材に、前記通気孔より
も広い径で電子ビームまたはレーザを照射し、前記通気孔の周囲から溶けた前記金属キャ
ップ材の金属を前記通気孔に供給して前記通気孔を埋める事を特徴とした半導体装置の製
造方法。
A semiconductor device in which a semiconductor element fixed to a metal support substrate is covered with a metal cap material, the metal cap material and the metal support substrate are welded, and the semiconductor element is disposed in a sealed space composed of the metal cap material and the metal support substrate. A device manufacturing method comprising:
Welding the welded spot in a state where a ventilation hole is provided in a part of the welded spot,
Deriving the gas generated at the time of welding from the vent hole under a pressure lower than atmospheric pressure,
The metal cap material corresponding to the vent hole and the periphery of the vent hole is irradiated with an electron beam or a laser with a diameter wider than the vent hole, and the metal of the metal cap material melted from the periphery of the vent hole is A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: supplying to a vent hole to fill the vent hole.
前記密閉した空間には、吸着材が設けられる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an adsorbent is provided in the sealed space. 前記キャップ材は、コバールから成り、前記半導体素子の上方に位置する前記キャップ
材には、ガラス材が設けられる請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the cap material is made of Kovar, and the cap material located above the semiconductor element is provided with a glass material.
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